数字式秒表单片机课程设计

《单片机技术》课程设计说明书数字式秒表学院：电气与信息工程学院学生姓名：李迎指导教师：贾雅琼职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1402班学号：1430340212完成时间：2016年10月21日湖南工学院《单片机技术》课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气信息工程指导教师贾雅琼学生姓名李迎课题名称数字式秒表内容及任务一、设计任务设计一个具有特定功能的数字式秒表。二、设计内容1、秒表的硬件系统（1)、单片机最小系统模块（2）、供电模块（3）、显示模块（4）、键盘模块2、秒表的软件系统（1）、系统监控程序模块（2）、显示程序模块（3）、键盘程序模块三、设计要求该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。主要参考资料[1]李广弟.单片机基础[M].第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.[2]李全利.单片机原理及应用（C51编程）[M].北京：高等教育出版社，2012.12.[3]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].第4版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.[4]李光飞.单片机C程序设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003.01.[5]李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京:北京航空航天大学出版社，2004.9.教研室意见教研室主任：（签字）年月日目录1设计任务、功能说明以及总体方案介绍...............................11.1课题设计任务...............................................11.2设计功能说明...............................................11.3总体方案介绍...............................................12硬件系统总设计...................................................32.1硬件系统设计...............................................32.2硬件电路各模块功能简介.....................................32.2.1AT89S52芯片.........................................32.2.2晶振电路.............................................42.2.3复位电路.............................................42.2.4下载口电路...........................................42.2.5LED数码管显示电路...................................52.2.6电源电路.............................................52.2.7蜂鸣器电路...........................................62.2.8键盘电路.............................................62.3电路原理图以及实物图.......................................72.4元器件清单.................................................73软件系统的总设计.................................................83.1单片机资源使用情况.........................................83.2监控程序部分...............................................83.3定时中断程序部分...........................................93.4按键扫描程序部分...........................................93.5延时程序部分..............................................104实物测试与误差分析..............................................134.1实物测试流程及结果图......................................134.2误差分析..................................................144.3设计体会..................................................14结束语.............................................................16参考文献...........................................................17致谢...............................................................18附录...............................................................19附录A数字式秒表电路原理图...................................19附录B电源电路原理图.........................................20附录C电路单片机系统板实物图.................................21附录D电源电路实物图.........................................22附录E元器件清单.............................................23附录F程序清单...............................................23摘要数字式秒表由于它的简单方便，而且在许多比赛中对秒表的精准度要求很高，所以设计一个简易数字式秒表很有必要。设计是应用单片机芯片AT89S52设计出的数字时钟电路，以8051单片机为核心的秒表，它采用键盘输入，单片利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，用LED数码管以及按键来设计数字式秒表。将软、硬件有机地结合起来，使其拥有正确的计时、暂停、清零并同时可以用数码管显示。关键词:数字式秒表；AT89S52；数码管；按键11设计任务、功能说明以及总体方案介绍1.1课题设计任务根据单片机课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计一个具有特定功能的数字式秒表，具有时间显示、计时、倒计时等功能。1.2设计功能说明通过了解8051芯片的的工作原理和工作方式，使用芯片对LED数码管进行显示控制，实现用单片机的端口控制数码管，显示分、秒、毫秒，并通过对按键的控制实现秒表开始、暂停、连续、清零等功能，时间精确到0.1秒。开始时，秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入计时准备状态；按下开始键（S1键），会进入计时阶段；按下暂停键（S4键）会计时清零，再一次按下暂停键（S4键）后恢复计时；按下清零键（S3键）会回到计时准备状态；按下倒计时键（S2键）会进入倒计时阶段，按下暂停键（S4键），进入暂停倒计时；再次按下暂停键（S4键）会继续倒计时；按下保存键（S5键）会保存当前的时间，连续按保存键（S5键）会连续保存对应瞬间内的时间值；按下（S6键）会停止当前的保存键值的功能；按下（S7键）会显示第一次保存键值时的时间以及显示保存先后的排名；再按下（S8键）会显示第二次保存键值时的时间，这时再次按下（S7键）会显示第一次保存键值时的时间，按下（S7键）和（S8键）表示的是保存键值排名先后，分别表示上一名和下一名。1.3总体方案介绍使用AT89S52单片机作为核心部件，采用12M晶体振荡器及微小电容构成振荡电路；用两个四位一体共阳极数码显示管作为显示部分，构成数字式秒表的主体结构，配合独立式键盘和复位电路完成此秒表的复位、计时、连续、清零、停止各项功能。电路采用单片机的P0口作为数码显示管的段控，采用P2口作为数码管的位控。8个独立式键盘分别接在单片机的P1口上，以及其他部分构成数字式秒表的硬件电路。通过编写程序使用单片机的定时计数器，以及软件延时，中断资源来实现秒计时和相关控制，数字式秒表的硬件整体结构框图如图1所示。2图1硬件整体结构框图32硬件系统总设计2.1硬件系统设计数字式秒表的硬件系统由单片机芯片AT89S52，复位电路，晶振电路，电源电路，下载电路，8个按键以及LED数码管构成。2.2硬件电路各模块功能简介2.2.1AT89S52芯片AT89S52简介：(1)与MCS-51产品相兼容；(2)具有8KB可改写的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次；(5)256字节内部RAM；(6)32根可编程I/O口；(7)3个16位定时器/计数器；(8)8个中断源；(9)可编程中串行口；(10)低功耗空闲和掉电方式。芯片是整个电路的核心，功能强大能耗低。减少总电路复杂性，提高电路的稳定性，芯片引脚图如图2所示。图2芯片引脚图42.2.2晶振电路89C52单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反相振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反相振荡器的输出，反相放大器可以配置为片内振荡器。晶振电路选用52单片机12MHZ的内部振荡方式，电路如图3所示：C3、C4可在20-100PF之间取值，这里取33PF,电容起稳定振荡频率、快速起振的作用。图3晶振电路图2.2.3复位电路复位电路是让单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从以上状态开始工作。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行发生故障或操作失误导致系统处于锁死状态时，若要重新正常使用，只需按下复位键即可重新启动。电路由一个200欧电阻、一个22微法电容、一个按键组成的复位电路。复位电路图如图4所示。图4复位电路图2.2.4下载口电路下载口主要是一个十芯的底座，用PC的USB口供电，通过下载口把程序导入单片机芯片内。下载口分别接在单片机的RST引脚以及P15、P16、P17口线上实现数据传送。这样方便软件的设计，也能让我们使用起来十分方便。下载口电路如图5所示。5图5下载口电路图2.2.5LED数码管显示电路数码管实际上是由二极管构成发光二极管正常工作时，其两端正向压降约为1.6V，正向电流约为10mA,为了使数码管达到一定的亮度而又不至于由于电流过大而损坏，使用三极管S8850作为数码管的驱动，同时在P0口和P2口上串上470欧姆的电阻。设计采用的是LED数码管动态显示方式。采用2个四位一体数码管（共阳极）作为显示窗口，既可以节约成本又能简化电路，加上一个74HC573作为驱动和8个470Ω的电阻起限流的作用。将段控口接在P0口上，位控口接在P2口上，实现对显示的控制，数码管显示电路如图6所示。图6数码管显示电路2.2.6电源电路课程设计的电源供电模块电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。此电路由一个输入为220V，输出为15V的变压器，一个六角开关，一个发光二极管，电容，电阻组成。其中C1为2200μF，C2为470μF，R1为300欧姆，其中C1与C3组成滤波结构，具有滤波作用。300Ω的电阻与发光二极管串联，是为了保护二极管不会因为电流的突然增大而烧坏。电路最后输出5V的电压，给整个主板电